蘭州大學(xué)《衛(wèi)星氣象學(xué)》第4章-美國(guó)氣象衛(wèi)星觀(guān)測(cè)系統(tǒng)-4-TRMM

1、4.5 TRMM衛(wèi)星,基本概況 發(fā)射目標(biāo) 數(shù)據(jù)產(chǎn)品 實(shí)際應(yīng)用,TRMM是美國(guó)地球探測(cè)系列衛(wèi)星的組成部分，是由美國(guó)和日本共同合作開(kāi)展的熱帶降雨測(cè)量計(jì)劃。 衛(wèi)星由日本于1997年11月28日發(fā)射升空。軌道傾角35o，高度350km圓形軌道，每天繞地球16圈。,TRMM熱帶降雨測(cè)量衛(wèi)星 (Tropical Rainfall Measuring Mission),原設(shè)計(jì)壽命為3 年，經(jīng)歷近4 年的運(yùn)行，衛(wèi)星及其搭載儀器工作狀態(tài)仍然良好，因此NASA 決定讓它繼續(xù)服務(wù)。 在2001 年8 月以后，為減少功耗將軌道高度提升到距地面403 km ，因此所有儀器的探測(cè)范圍均有所增加。,遙感探測(cè)儀器：測(cè)雨雷達(dá)(

2、PR) ，微波成像儀(TMI) ， 可見(jiàn)光紅外掃描儀(VIRS) ，CERES ，和閃電成像感應(yīng)器(LIS)兩種儀器。 首次將日本制作的PR裝載于衛(wèi)星上，以達(dá)到最精確地測(cè)量降水，但由于能源和重量的限制，由PR提供大范圍降水測(cè)量是不實(shí)際的。 美國(guó)制造的TMI和VIRS。為降低造價(jià)，這兩個(gè)儀器采用的是近年來(lái)已經(jīng)廣泛用于反演降水的SSM/I 和用于極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星上的AVHRR。 TMI和VIRS較PR儀器有更大的觀(guān)測(cè)范圍，而PR提供更精確的降雨測(cè)量，作為標(biāo)準(zhǔn)校正TMI和VIRS的反演算法。,發(fā)射目的,降雨在水循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用, 它是推動(dòng)氣候變化機(jī)制的重要因素。 地球表面2/3的面積屬于熱帶

3、, 熱帶降雨是全球規(guī)模的大氣循環(huán)的基本動(dòng)力源之一。 TRMM 進(jìn)行全球尺度的降雨觀(guān)測(cè), 包括觀(guān)測(cè)點(diǎn)很少的熱帶海洋區(qū)域，是第一次用于定量測(cè)量熱帶降雨的空間衛(wèi)星計(jì)劃。 目的：觀(guān)測(cè)和研究熱帶降雨過(guò)程, 更多地了解熱帶降雨對(duì)全球氣候系統(tǒng)的影響。,TRMM衛(wèi)星的儀器介紹,PR 工作頻率13.8GHz, 波長(zhǎng)2.2cm。天線(xiàn)為128 單元開(kāi)槽式波導(dǎo)陣列、主動(dòng)相控陣系統(tǒng)。天線(xiàn)口徑2.1m 2.1m , 3dB 波束寬度0.71。 星下點(diǎn)水平分辨率4.3km , 刈幅寬度215km , 每條掃描線(xiàn)由49 個(gè)象素(即角庫(kù)) 組成。從地表到20km 高度, 徑向分辨率(即距離庫(kù)長(zhǎng)) 250m。 PR 峰值發(fā)射功率

4、 500W , 脈沖寬度1.67s, 脈沖重復(fù)頻率2776GHz。接收機(jī)采用低噪聲放大器, 整機(jī)噪聲-111dBm , 最小可探測(cè)雨強(qiáng)在降水云云頂處為0.7mm/h。,降雨雷達(dá)PR,軌道高度為350km,PR是第1 個(gè)提供暴雨結(jié)構(gòu)三維圖的星載儀器, 通過(guò)接收來(lái)自發(fā)射微波后經(jīng)降雨反射的信號(hào)來(lái)量測(cè)降雨的三維分布, 提供關(guān)于熱帶雨系統(tǒng)和全球潛熱時(shí)間系列的數(shù)據(jù)和資料, 從而改進(jìn)對(duì)全球能量蓄積和氣候差異的了解。 量測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生關(guān)于降雨強(qiáng)度、降雨分布、降雨類(lèi)型、暴雨深度、雪融化為雨的高度等信息。基于這些量測(cè)的釋放到大氣中不同高度熱量的估計(jì)值可用于改善全球大氣循環(huán)的模型。 PR重要的特征之一是能提供從地面到2

5、0 km高度的雨雪的垂直廓線(xiàn)。降雨雷達(dá)能分離出垂直采樣大小為250m 的雨反射波。,降雨雷達(dá)PR 能觀(guān)測(cè)雨和地表的后向散射, 3 8o入射角的后向散射受到植被冠層吸收( 散射) 的很大影響, 因此弱信號(hào)對(duì)應(yīng)濃密植被； 9 13o入射角的水體后向散射更強(qiáng)；光滑表面( 如沙漠) 的信號(hào)弱； 因此, 利用PR 能識(shí)別土地覆蓋。來(lái)自PR 的后向散射數(shù)據(jù)不僅包含土壤濕度信息, 而且還有植被數(shù)量和地表粗糙度信息。,微波成像儀TMI,TMI 是5 頻率9 通道微波輻射計(jì)。5 頻率為10.7、19.4、21.3、37 和85.5GHz, 其中21.3GHz 僅為V 極化, 其余均為雙極化。天線(xiàn)掃描最大天底角為

6、49, 刈幅寬度760km , 象素分辨為6 50km。 TMI通過(guò)量測(cè)地球和大氣發(fā)射的微小的微波能量, 定量計(jì)算大氣中的水蒸汽、云中的水分和降雨強(qiáng)度。 TMI 是衛(wèi)星上提供大范圍定量降雨信息的多通道/雙極化、被動(dòng)微波傳感器, 提供海洋上的降雨速率有關(guān)數(shù)據(jù), PR提供的信息有助于改善算法。 TMI 數(shù)據(jù)和PR 數(shù)據(jù)是降雨量測(cè)的主要數(shù)據(jù)集。,可見(jiàn)/ 紅外掃描儀VIRS,VIRS 具有0.63、1.6、3.75、10.8 和12 m 五個(gè)通道, 天線(xiàn)橫軌掃描, 刈幅寬度720km ,星下點(diǎn)分辨率2km。VIRS 可為降水測(cè)量提供云高和云類(lèi)型等信息, 也可進(jìn)行單獨(dú)估計(jì)降水的研究。 VIRS 是很直接

7、的降雨指示器, 它是一個(gè)被動(dòng)式掃描輻射儀, 在各個(gè)光譜波段的輻射強(qiáng)度用于確定輻射源的亮度( 可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域) 和溫度( 紅外區(qū)域) 。如果天空晴朗, 溫度將對(duì)應(yīng)地球表面的溫度; 如果有云, 溫度將對(duì)應(yīng)云頂?shù)臏囟?。冷溫度產(chǎn)生短波波段更大的強(qiáng)度, 暖溫度產(chǎn)生長(zhǎng)波波段更大的強(qiáng)度。,閃電成像儀LIS,閃電成像儀LIS是一個(gè)很小的復(fù)雜儀器, 能探測(cè)和診斷全球熱帶區(qū)域的閃電。 LIS 能在全球尺度上測(cè)量閃電和雷暴活動(dòng), 其視域允許傳感器持續(xù)觀(guān)測(cè)地球上的某一點(diǎn)或云80s, 來(lái)估算閃電率, 推斷暴風(fēng)雨是加強(qiáng)或衰退 提供關(guān)于云特性、暴風(fēng)雨動(dòng)力、雷暴季節(jié)或年變化的信息; 研究地球上云到云、云到地球、云內(nèi)部的閃

8、電和分布。 LIS數(shù)據(jù)與PR、TMI、VIRS 數(shù)據(jù)的結(jié)合能調(diào)查全球閃電率與降雨和其他暴風(fēng)雨特性的關(guān)系。,TRMM衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品,TRMM衛(wèi)星產(chǎn)品,TRMM衛(wèi)星提供三個(gè)等級(jí)的資料。 一級(jí)資料：定標(biāo)的和定位的資料。對(duì)于TMI和VIRS資料計(jì)算處理由TRMM科學(xué)和數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)（TSDIS）完成得到，對(duì)于PR資料計(jì)算處理則由日本國(guó)家空間發(fā)展局（NASDA）完成，它將雷達(dá)接收到的功率轉(zhuǎn)化為反射率,二級(jí)資料： (1) 2A12: TMI觀(guān)測(cè)區(qū)內(nèi)的地面降水和三維水分結(jié)構(gòu)、潛熱加熱 (2) 2A21: 雷達(dá)表面散射截面，總的路徑衰減 (3) 2A23: 探測(cè)亮帶BB、區(qū)分降水類(lèi)型（對(duì)流降水還是穩(wěn)定性降水）

9、(4) 2A25: 估計(jì)PR觀(guān)測(cè)的地面和三維水分結(jié)構(gòu) (5) 2B31: PR和TMI合成的地面降水和三維水分、滴譜分布參數(shù)的垂直結(jié)構(gòu),三級(jí)資料（5ox5o）： (1) 3A11: TMI月降水估計(jì) (2) 3A25: PR Level 2 產(chǎn)品的空間統(tǒng)計(jì) (3) 3A26: 利用多閾值技術(shù)進(jìn)行降水率空間統(tǒng)計(jì) (4) 3B31: PR-TMI月平均降水 (5) 3B42: 50N50S范圍高質(zhì)量微波、紅外降水3小時(shí)0.25ox0.25o融合產(chǎn)品 (6) 3B43:TRMM和其他產(chǎn)品的融合降水產(chǎn)品,TRMM 衛(wèi)星資料在熱帶降水的測(cè)量、降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高、暴雨研究、預(yù)報(bào)模式的數(shù)據(jù)同化、熱帶海面溫

10、度反演、熱帶氣旋的觀(guān)測(cè)等方面均有較好應(yīng)用。 閃電圖像儀及云和地球輻射能量系統(tǒng)的測(cè)量資料在熱帶和亞熱帶的閃電分布和氣候模式研究方面也有很大的應(yīng)用價(jià)值。 可以充分地利用TRMM 的數(shù)據(jù)資源來(lái)改進(jìn)天氣、氣候預(yù)報(bào)的精度,同時(shí)加深對(duì)熱帶和亞熱帶地區(qū)降水特性的理解。,“QUICKLOOKS” at TRMM orbits,Tropical Cyclone Sandra,On March 11, 2013 the TRMM satellite twice flew above weakening tropical cyclone Sandra.,Latest Week of Rainfall Accumul

11、ation,Global,Asia,Rain Averages & Anomalies,ENSO Precipitation Index (ESPI),ESPI is calcuated with precipitation anomalies from two areasin the Pacific Ocean and quantifies the strength of ENSO, in terms of regional rainfall changes,Rainfall Climatology from 3B43,Averaging all available Monthly 0.25 x0.25 3B43 merged TRMM and other sources estimates data. The images cover the globe from 40 North to 40 South.,Ae